孫彬

中海油信息科技有限公司湛江分公司 524057

雙工濾波收發(fā)裝置的研究與應(yīng)用

孫彬

中海油信息科技有限公司湛江分公司 524057

一、項(xiàng)目研究背景

中海油南海海上油氣田微波項(xiàng)目在建設(shè)過(guò)程中遇到了以下問(wèn)題：

●南海油氣田約占中海油的40%，且絕大部分離陸地距離超過(guò)100公里。

●陸地基站干擾嚴(yán)重，鏈路穩(wěn)定性無(wú)法保障。

●油田的數(shù)字化和信息化建設(shè)對(duì)平臺(tái)的骨干鏈路提出了擴(kuò)容需求。

針對(duì)以上問(wèn)題，迫切需要對(duì)現(xiàn)有的微波系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行研發(fā)，開(kāi)發(fā)出一套適合中海油特殊應(yīng)用需求的微波系統(tǒng)。為了節(jié)約成本和控制項(xiàng)目進(jìn)度，在原有微波系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行二次研發(fā)，開(kāi)發(fā)一套雙工濾波收發(fā)裝置，提高信號(hào)強(qiáng)度的同時(shí)抑制噪聲，可以很好的滿(mǎn)足項(xiàng)目需求。

二、項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容

根據(jù)項(xiàng)目需求，分四個(gè)階段實(shí)施：

●2014年1月-3月：項(xiàng)目前期論證，收集已開(kāi)通微波站點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)信息，包括電平、丟包率、海況等綜合信息；

●2014年4月-6月：完成微波功放的優(yōu)化及高增益天線的研發(fā)，完成微波功放、天線和微波設(shè)備之間兼容性的測(cè)試與改良，提高微波設(shè)備信號(hào)實(shí)際外輸?shù)墓β?，提高微波設(shè)備實(shí)際接收電平，以滿(mǎn)足增加帶寬后的鏈路冗余，所研發(fā)成果在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試；

●2014年7月-9月：在已建成的微波站點(diǎn)對(duì)新研究出來(lái)的功放以及天線等設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)實(shí)際測(cè)試的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，研制出來(lái)的微波功放效果沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)提高不大，再次返回實(shí)驗(yàn)室對(duì)微波功放進(jìn)一步的優(yōu)化；

●2014年10月-12月：將設(shè)備進(jìn)一步的優(yōu)化及完善，再次在文昌油田群海域進(jìn)行了測(cè)試，整體的測(cè)試結(jié)果比前期測(cè)試的要更加理想，在關(guān)鍵的參數(shù)及指標(biāo)上有明顯的提高，達(dá)到項(xiàng)目研究的要求；此外，還完成了相應(yīng)的科研成果報(bào)告的提交。

技術(shù)背景

在微波傳輸過(guò)程中，需要通過(guò)微波天線將微波信號(hào)進(jìn)行傳輸和接收，目前現(xiàn)有的微波系統(tǒng)只能完成0-40KM之間的距離傳輸工作，對(duì)于長(zhǎng)距離的傳輸，由于空氣對(duì)微波信號(hào)的衰減，現(xiàn)有天線的無(wú)法實(shí)現(xiàn)傳輸。另外，現(xiàn)有的微波傳輸設(shè)備只能實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)的單向傳輸，雙向傳輸必須設(shè)置兩套設(shè)備，一套負(fù)責(zé)輸出，另外一套負(fù)責(zé)輸入，造成設(shè)備傳輸?shù)陌惭b較為復(fù)雜。

技術(shù)方案

所采用的技術(shù)方案如下：雙工濾波收發(fā)裝置，由信號(hào)發(fā)射器、雙工器、功率放大器、隔離器、低噪聲放大器濾波器和天線組成，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)射器的輸出端通過(guò)射頻電纜連接雙工器一，雙工器一的兩個(gè)端口分別連接功率放大器的輸入端和低噪聲放大器的輸出端，功率放大器的輸出端連接隔離器，隔離器的另一端連接雙工器二；低噪聲放大器的輸入端連接有濾波器，濾波器的另一端連接雙工器二；雙工器二的另一端連接有微波天線。有益效果在于：兩個(gè)雙工器配合功率放大器和低噪聲放大器及濾波器工作，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)收發(fā)在同一設(shè)備內(nèi)完成。實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸功能。

兩個(gè)雙工器配合功率放大器和低噪聲放大器及濾波器工作，在同一端口將頻率A的微波信號(hào)放大并發(fā)射出去，同時(shí)可在同一端口將頻率為B的信號(hào)接收并放大傳入設(shè)備中。實(shí)現(xiàn)了信號(hào)收發(fā)在同一設(shè)備內(nèi)完成。實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸功能，可實(shí)現(xiàn)80KM以上的傳輸距離。

三、實(shí)際應(yīng)用效果

雙工濾波收發(fā)裝置首次應(yīng)用于文昌13-6平臺(tái)與陸地的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)帶寬雙向20M。

站點(diǎn)信息

文昌市銅鼓嶺基站（陸地站），基站海波高度330米，天線安裝高度335米。

海上端站為文昌13-6平臺(tái)，天線安裝高度約48m，平臺(tái)有足夠空間可安裝天線，同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)供電、電纜敷設(shè)條件也符合安裝條件。

站點(diǎn)距離信息

文昌銅鼓嶺基站與文昌13-6平臺(tái)相對(duì)位置如下圖，根據(jù)經(jīng)緯度通過(guò)google earth軟件計(jì)算距離為115.36公里，微波設(shè)備自帶軟件顯示鏈路距離115.3公里，兩者基本一致。

測(cè)試方案

采取MOTO PTP 58600系統(tǒng)+雙工濾波收發(fā)裝置作為核心解決方案，在文昌13-6平臺(tái)和文昌銅鼓嶺基站建設(shè)一條長(zhǎng)距離微波鏈路，傳輸距離約115公里。該方案中采取1.5米微波天線，天線增益38db。

設(shè)備描述：

產(chǎn)品描述 PTP58600 Full Connectorised-Link Complete Canopy型號(hào) PTP58600 Full Connectorised-Link Complete有效市場(chǎng) 北美，歐洲，南美，亞洲頻率/速率 5.725GHz-5.850GHz/30或60Mbps(空中速率)傳輸距離 最遠(yuǎn)200公里合計(jì)速率 最大速率300M天線類(lèi)型/增益 外接1.5m，38dbi天線信道帶寬 15MHz信道選擇/智能 DFS或者手動(dòng)設(shè)置。自動(dòng)檢測(cè)動(dòng)態(tài)頻率控制(i-DFS) 加電后自動(dòng)執(zhí)行，自動(dòng)避免干擾多波束空時(shí)編碼(STC)多波束信號(hào)在不能路徑被反射和接收，信號(hào)和多路徑信號(hào)不相關(guān)發(fā)射功率控制 自適應(yīng)，根據(jù)調(diào)制方式的選擇和路徑的不同，從25dBm～－10dB調(diào)節(jié)接收靈敏度 自適應(yīng)，根據(jù)調(diào)制方式選擇在－99dBm到－72dBm之間調(diào)節(jié)自適應(yīng)調(diào)制方式 動(dòng)態(tài)，在BPSK和64QAM(8種)間調(diào)節(jié)糾錯(cuò) FEC，ARQ雙工方式 TDD/FDD，比率50：50，66：33，轉(zhuǎn)化速率250Hz發(fā)射和接收頻率是相同的或者分離的網(wǎng)絡(luò)管理 Web Server和SNMP工作溫度 -40°C~60°C，包括太陽(yáng)輻射室外單元尺寸 寬12英寸(305mm)，高12英寸(305mm)，厚4.1英寸(105mm)室外單元重量 9.1磅(4.3公斤)電源室內(nèi)單元 寬6.25英寸(160mm)，高2.5英寸(63mm)，厚1.25英寸(32mm)電源室內(nèi)重量 室內(nèi)單元：1.85磅（833克）電源供應(yīng) 室內(nèi)設(shè)備－安裝注意：在無(wú)線和ODU之間一定要安裝防雷器電源輸入 90－240VAC，50－60Hz功耗 最大55W以太橋接接口 10BASE-T/100BASE-T(RJ-45)自動(dòng)MDI/MDIX轉(zhuǎn)換協(xié)議 IEEE802.3兼容包優(yōu)先級(jí) IEEE802.1P符合標(biāo)準(zhǔn)

保護(hù)和安全 I P65/UL 6 0 950；I EC6 0 950；EN6 0 950；CSAC22.2No.60950無(wú)線 FCC Part 15，sub-part C 15.247，Eire ComReg03/42，UK IR2007 EMC USA-FCC Part 15，Class B；Europ-EN301 489-4

測(cè)試實(shí)施

測(cè)試人員安排

人員單位 角色及人數(shù)文昌銅鼓嶺基站 4名技術(shù)人員文昌13-6氣田 2名技術(shù)人員

測(cè)試時(shí)間進(jìn)度表

日期 工作內(nèi)容2014年3月 人員和設(shè)備分別達(dá)到文昌13-6平臺(tái)及文昌銅鼓嶺2014年4月 完成微波鏈路的安裝及調(diào)測(cè)2014年5月 對(duì)微波功放進(jìn)行安裝調(diào)測(cè)2014年5月 完成微波功放的調(diào)測(cè)2014年6月 進(jìn)一步觀察測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定性2014年7月 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)

測(cè)試結(jié)果

本次微波測(cè)試在文昌銅鼓嶺基站上安裝1面1.5米的雙極化天線，安裝高度330米，文昌13-6平臺(tái)安裝1面1.5米雙極化天線，天線安裝高度48米，微波鏈路順利開(kāi)通，鏈路帶寬達(dá)到20M以上，通過(guò)鏈路觀察，鏈路帶寬基本可以滿(mǎn)足20M以上傳輸要求。

接收電平分析

設(shè)備自動(dòng)監(jiān)視15天的接收電平，電平穩(wěn)定在-61dbm左右，接收電平平穩(wěn)（最大值-57.2db，最小-66.3db，平均值-61.1db，工作狀態(tài)非常穩(wěn)定）。

微波鏈路統(tǒng)計(jì)情況

統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)15天工作狀態(tài)：鏈路的工作在人為限定的QPSK 0.87（single）的調(diào)制方式下，信道的帶寬為15M，目前的鏈路的可用率99.7617%，誤碼率為1.660E-5，數(shù)據(jù)帶寬為17.25Mbps（由于只開(kāi)通10M，把帶寬限制小點(diǎn)，可提高鏈路的穩(wěn)定性，實(shí)際的帶寬超過(guò)55Mbps）；

傳輸時(shí)延

通過(guò)IP 包測(cè)試，傳輸時(shí)延5ms左右。

將測(cè)試包增大到3000，傳輸時(shí)延增大到15ms，基本在正常范圍之內(nèi)。

傳輸時(shí)延基本穩(wěn)定，很少有丟包。

鏈路速率測(cè)試結(jié)果（采用第三方軟件比對(duì)）

通過(guò)第三方軟件IPerf與MOTO設(shè)備自身監(jiān)測(cè)的比對(duì)，第三方軟件速率與MOTO自測(cè)帶寬基本相等，表明MOTO自測(cè)的速率真實(shí)可靠。MOTO設(shè)備自帶軟件上顯示的速率可以理解為實(shí)際速率。

支持的業(yè)務(wù)種類(lèi)

數(shù)據(jù)交互業(yè)務(wù)

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)包括：網(wǎng)絡(luò)咨詢(xún)?yōu)g覽、電子郵件發(fā)送、電子文件發(fā)送、消息發(fā)送和文件共享等。

語(yǔ)音通信類(lèi)

語(yǔ)音通信類(lèi)包括：網(wǎng)絡(luò)電話、電話會(huì)議、集團(tuán)移動(dòng)電話等。

業(yè)務(wù)可靠性分析

該微波鏈路傳輸采用IP傳輸，IP傳輸?shù)腡CP協(xié)議具備確認(rèn)和重傳機(jī)制，即使有少量丟包，重傳機(jī)制也可以保證數(shù)據(jù)的可靠到達(dá)，目前微波鏈路具備20M以上的可用帶寬，傳輸時(shí)延7ms，可以保證上層應(yīng)用的可靠性和穩(wěn)定性，可以保證VoIP、視頻、互聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)的高質(zhì)量應(yīng)用。

測(cè)試總結(jié)

測(cè)試結(jié)論：

本次測(cè)試結(jié)果表明，此鏈路完全可用，帶寬可穩(wěn)定在20M以上，從數(shù)據(jù)帶寬及技術(shù)標(biāo)方面對(duì)平臺(tái)側(cè)和陸地側(cè)進(jìn)行雙向分析，無(wú)線信號(hào)穩(wěn)定，接收電平平穩(wěn)，無(wú)線電干擾對(duì)鏈路的工作影響幾乎忽略不計(jì)，鏈路能夠穩(wěn)定運(yùn)行，完全可以滿(mǎn)足微波鏈路開(kāi)通需求。

關(guān)于鏈路穩(wěn)定性的分析

從目前測(cè)試情況來(lái)看，鏈路穩(wěn)定可靠，具體分析如下：

●從本次測(cè)試情況來(lái)看，由于兩端的安裝高度限制，信號(hào)只被小部分遮擋，沒(méi)有對(duì)鏈路的穩(wěn)定性造成任何影響。

●針對(duì)文昌13-6平臺(tái)至文昌銅鼓嶺基站微波鏈路信號(hào)被小部分遮擋的情況，可目前已通過(guò)本次研制的微波功放加以彌補(bǔ)，抵消信號(hào)被小部分遮擋的影響，基本保持鏈路處于正常的工作狀態(tài)。

微波鏈路使用建議

由于海上長(zhǎng)距離海上微波傳輸?shù)奶厥庑?，受不確定因素影響較多，在其它條件一致的情況下（天線安裝高度、天線口徑、天線增益、海面狀況等），鏈路的穩(wěn)定性與帶寬的大小成反比，帶寬越大，鏈路的穩(wěn)定性越差，帶寬越小，鏈路的穩(wěn)定性越好。

四、推廣應(yīng)用價(jià)值

該成果國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，海油范圍內(nèi)首次應(yīng)用，已應(yīng)用于環(huán)海南島微波一期和二期，取得了良好的效果和用戶(hù)的一致好評(píng)，樂(lè)東氣田遷址和文昌微波項(xiàng)目，如果沒(méi)有該項(xiàng)技術(shù)的支持就無(wú)法實(shí)施，對(duì)于其它微波鏈路，該成果為鏈路擴(kuò)容提供了技術(shù)支持。